基于建構主義理論的 醫學機能學混合式教學模式探索

安英　沈楠　趙麗晶　陳雪　徐博參 考 文 獻 [1] 安英，劉晗，趙麗晶，等. 醫學機能學實驗課程開展線上教學的組織與實踐[J]. 中國新通信，2020，22（23）：179. [2] 馮建軍. 后疫情時期重構教育新常態[J]. 中國電化教育，2020(9)：1-6.

【摘要】? ? 隨著信息技術的不斷發展，虛擬仿真實驗教學受到越來越多的關注。本文主要根據高中生物實驗教學現狀，探討虛擬仿真實驗應用于高中生物實驗教學中的優勢和不足。將虛擬仿真實驗輔助于高中生物實驗教學，通過“虛實結合”，為有效增強中學生生物實踐能力、完善中學生物實驗教學方法提供參考。

【關鍵詞】? ? 虛擬仿真實驗? ? 高中生物? ? 實驗教學? ? 輔助教學

引言：

生物學是一門基礎性、實踐性學科，是農學、醫學、生態學、食品學等學科的基礎，與人類生活密切相關。根據新課改要求，高中生物教學要以增強學生的生物學學科核心素養為宗旨，在教育部頒布的《普通髙中生物學課程標準（2017年版）》中也明確提出“為著力培養學生的生物學學科核心素養，尤其是科學探究和生物學實踐能力，應加強生物學實驗教學和探究式教學，增強學生動手實踐和體驗的機會。”[1] 。然而，根據高中生物實驗教學的現狀來看，絕大多數的學校因受到實驗設備不足、課時數有限等因素影響，部分生物實驗局限于填鴨式教學，致使學生對所學知識難以理解，甚至產生厭學感。因此，在“互聯網+”的大背景下，將虛擬仿真實驗與教育教學相結合，使學生在虛擬中實驗，在仿真中提高 [2] 。

一、高中生物實驗教學現狀

如今高中生物實驗教學中往往存在實驗內容增加而課時數不增加，課堂教學和實驗教學的比例嚴重不協調的現象[3]，致使部分實驗只進行“講實驗”而不“做實驗”;加之實驗設備和經費不足，學生只能靠死記硬背來記住實驗現象、過程和結果;另外，還存在部分教師的實驗教學觀念陳舊、教學模式單一等系列問題，使得學生生物實驗動手操作能力的培養大打折扣[4-5]。

二、虛擬仿真實驗輔助于高中生物實驗教學

2.1虛擬仿真實驗

虛擬仿真實驗這一概念最早是由美國弗吉尼亞大學 William Wolf 教授提出，是指利用多媒體技術、傳感技術、虛擬技術和仿真技術等現實技術生成的新興實驗系統，包括以計算機作為控制中心形成的相關實驗器材、實驗信息資源、以及相符的實驗環境，能夠代替或部分代替傳統實驗所需，使實驗者能夠直接參與實驗虛擬對象的交互，從而獲得現實實驗中的各種體驗[6]。

2.2“虛實結合”輔助于高中生物實驗教學

2014年，北京樂步教育科技有限公司推出了一個包含理化生實驗的“NOBOOK虛擬仿真實驗”軟件[7]，目前因其方便性（ipad、電腦、手機均可下載）、實驗畫面真實性等優勢，頗受大家喜愛。

虛擬仿真實驗可不受時間和空間的限制。2020年因突如其來的疫情，全國各地的學生不能正常開學，學校秉著“停課不停教、停課不停學”的原則，將線下課堂改為線上教學，生物實驗課因無法現場操作而調停課。虛擬仿真實驗可以打破這種時空限制，學生們可通過電腦、平板等載體隨時隨地進行實驗操作。再加上軟件還自帶測試模塊，學生學習結束后系統會自動給出成績，大大提高了學習效率 [8]。

虛擬仿真實驗可加強學生對所學知識的直觀感性認識，提高學習興趣。例如：第一章第二節“細胞的多樣性和統一性”。本節課主要內容為使用高倍顯微鏡觀察細胞，原核細胞和真核細胞的異同及理解細胞的多樣性和統一性。學生第一次接受原核細胞這一概念，若僅從課本上觀看原核細胞的平面圖，他們將較難形成對此知識的直觀感性認識。利用“NOBOOK虛擬仿真實驗” 軟件，做觀察 “原核細胞的結構”的實驗，學生可直觀清晰的觀察到原核細胞的外部形態和內部結構，對其形成感性認識，更好的理解原核生物和真核生物的異同，從而進一步理解細胞的多樣性和統一性。在“使用高倍顯微鏡觀察幾種細胞”的實驗中，可利用“先實后虛”法，學生可先通過在現實實驗室中操作顯微鏡觀察細胞，掌握顯微鏡的使用要點，再利用虛擬仿真實驗觀察各種細胞，從而解決在現實實驗操作過程中因實驗操作不當而觀察不到細胞的問題，提高學生的學習興趣。

虛擬仿真實驗可解決因實驗周期長、實驗設備要求高等因素，致使實驗無法開展的問題。例如：人教版選修一《生物技術實踐》專題三“植物的組織培養技術”。植物組織培養的過程：植物組織? ? 形成愈傷組織? ? 長出叢芽? ? 生根? ? 移栽成活，該過程耗時較長;且在配置培養基過程中會用到高壓蒸汽滅菌鍋;培養時還需在無菌箱中，每日用日光燈照射12h，并定期進行消毒。一般高中生物實驗室條件達不到，此時虛擬仿真實驗的優勢就體現了出來。在虛擬仿真實驗中，學生可利用系統中已配備好的實驗儀器和設定好的實驗步驟，在較短時間內觀察到實驗現象，得出實驗結論，解決學生因實驗周期長、實驗設備要求高等因素無法在現實實驗室進行實驗操作的問題，使學生體驗實驗的樂趣。

虛擬仿真實驗可減少實驗過程中的安全問題。例如：人教版必修一《分子與細胞》第五章第三節“細胞呼吸的原理和應用”中“探究酵母菌細胞呼吸的方式”實驗。進行此實驗會用到較多的玻璃儀器及氫氧化鈉、濃硫酸等危險試劑，學生在實驗室做此實驗的危險性較大。利用“先虛后實”法，學生可通過虛擬仿真平臺提前對實驗進行預習，在虛擬實驗操作的關鍵位置或危險步驟中有危險信號提示和危險場景預報，有助于加深學生印象，培養良好的實驗習慣[9]。這樣，學生在現實實驗操作中就會避免出現這些錯誤，從而降低實驗的危險性。

三、虛擬仿真實驗應用于高中生物實驗教學中的不足

1.不能完全體驗真實的實驗環境。雖然虛擬仿真實驗能夠很大程度上模擬實驗實景，但還是不能真真正正的代替真實實驗，虛擬實驗設計過于理想化和程序化，這在一定程度上限制了學生的主動思維能力[10]。

2.不能很好體現學生間的合作意識。在現實實驗操作中，教師一般會根據班級人數進行分組，一個實驗的順利完成往往是每個小組成員共同努力的結果，然而通過虛擬仿真實驗，雖然可以實現一人一機，每個人都有機會進行實驗操作，但缺乏同學間的合作交流，不能很好的培養學生的團隊合作意識[11]。

3.不能很好的展現學生的個體差異。在現實實驗操作中，教師可根據學生具體的實際操作情況，正確評估學生的個體差異，并及時因材施教。然而在虛擬仿真實驗中，因實驗程序化不能充分體現學生的個體差異，影響教師進行針對性指導。

4.不能模擬實驗過程中的“意外”。這里所說的“意外”不是實驗事故，而是在現實實驗中，可能會因某一步操作與設定的不同，出現不同的實驗結果。而虛擬仿真實驗過于程序化、固定化，在一定程度上限制了學生的思維和創新能力。

四、結束語

虛擬仿真實驗雖具有不能完全代替真實實驗環境、減少了學生間合作交流機會、降低了教師對學生個體差異的正確評估等方面的不足;但在高中生物實驗教學中也具有不可替代的優勢，它可以為學生提供安全的實驗環境，還可以打破時空限制，隨時隨地進行實驗操作。

因此，將虛擬仿真實驗輔助于高中生物實驗教學具有至關重要的意義。教師要充分利用虛擬仿真技術，秉著“能實勿虛，虛實結合”的原則，加強對學生實踐能力和生物學學科核心素養的培養。

參? 考? 文? 獻

[1] 安英，劉晗，趙麗晶，等. 醫學機能學實驗課程開展線上教學的組織與實踐[J]. 中國新通信，2020，22（23）：179.

[2] 馮建軍. 后疫情時期重構教育新常態[J]. 中國電化教育，2020（9）：1-6.